RHODIUM: HISTÓRIA, VLASTNOSTI, ŠTRUKTÚRA, POUŽITIA, RIZIKÁ - CHÉMIA - 2025

Rhodia je prechodový kov patriaci do skupiny paládia a ktorých chemická značka je Rh. Je to ušľachtilé, inertné za normálnych podmienok, zatiaľ čo je to vzácne a drahé, pretože je to druhý najmenej hojný kov v zemskej kôre. Neexistujú tiež žiadne minerály, ktoré by predstavovali ziskový spôsob získavania tohto kovu.

Aj keď jeho vzhľad je typickým strieborným bielym kovom, väčšina jeho zlúčenín má spoločné červenkasté zafarbenie, okrem toho, že ich roztoky majú ružové odtiene. Preto dostal tento kov názov „rodon“, ktorý je grécky pre ružovú farbu.

Kovová ródium perla. Zdroj: Hi-Res obrázky chemických prvkov

Jeho zliatiny sú však rovnako strieborné, pretože sú zmiešané s platinou, paládiom a irídiom. Vďaka svojmu vznešenému charakteru je kov takmer odolný voči oxidácii a je úplne odolný voči útokom silných kyselín a zásad; Preto ich nátery pomáhajú chrániť kovové predmety, napríklad šperky.

Okrem ozdobného použitia môže ródium chrániť aj nástroje používané pri vysokých teplotách a v elektrických zariadeniach.

Je všeobecne známy tým, že pomáha napomáhať rozkladu toxických automobilových plynov (NO _x ) vo vnútri katalyzátorov. Katalyzuje tiež produkciu organických zlúčenín, ako je mentol a kyselina octová.

Je zaujímavé, že existuje iba v prírode ako ¹⁰³ Rh izotopu , a jeho zlúčeniny sú ľahko redukovať na kov vzhľadom k jeho dobrý charakter. Zo všetkých oxidačných čísiel je +3 (Rh ³⁺ ) najstabilnejší a najhojnejší, za ním nasleduje +1 a v prítomnosti fluóru +6 (Rh ⁶⁺ ).

Vo svojom kovovom stave je to neškodné pre naše zdravie, pokiaľ jeho častice rozptýlené vo vzduchu nie sú vdychované. Jeho farebné zlúčeniny alebo soli sa však považujú za karcinogény, okrem toho, že sú pevne naviazané na pokožku.

histórie

Objav ródia bol sprevádzaný objavom paládia, oba kovy objavil ten istý vedec: anglický chemik William H. Wollaston, ktorý do roku 1803 skúmal minerál platiny, pravdepodobne z Peru.

Z francúzskeho chemika Hippolyte-Victor Collet-Descotils som vedel, že v platinových mineráloch existujú načervenalé soli, ktorých farba je pravdepodobne spôsobená neznámym kovovým prvkom. Wollaston teda strávil svoju platinovú rudu v aqua regia, potom neutralizoval kyslosť výslednej zmesi pomocou NaOH.

Z tejto zmesi musel Wollaston pomocou zrážacích reakcií oddeliť kovové zlúčeniny; Oddelil platinu ako (NH ₄ ) ₂ , po pridaní NH ₄ Cl, a iné kovy sa znižuje so kovovým zinkom. Pokúsil sa tieto huby rozpustiť pomocou HNO ₃ , pričom zanechal dva kovy a dva nové chemické prvky: paládium a ródium.

Avšak, keď sa pridal aqua regia, si všimol, že kovová sotva rozpustený, súčasne, že tvoril červená zrazenina sa NaCl: Na ₃ nH ₂ O. To je, odkiaľ jeho meno z: červená farba jeho zlúčenín, ktoré sú určené s Grécke slovo „rodon“.

Táto soľ sa opäť zredukovala kovovým zinkom, čím sa získala hubovitá ródia. A od tej doby techniky získavania sa zlepšili, rovnako ako dopyt a technologické aplikácie, nakoniec sa objavili lesklé ródiové kúsky.

vlastnosti

Fyzický vzhľad

Tvrdý strieborný biely kov s prakticky žiadnou vrstvou oxidu pri izbovej teplote. Nie je to však príliš kujný kov, čo znamená, že keď ho zasiahnete, praskne.

Molárna hmota

102,905 g / mol

Bod topenia

1964 ° C Táto hodnota je vyššia ako hodnota kobaltu (1495 ° C), čo odzrkadľuje zvýšenie pevnosti najsilnejšieho kovového spoja pri zostupe cez skupinu.

Bod topenia

3695 ° C Je to jeden z kovov s najvyššou teplotou topenia.

Hustota

-12,41 g / ml pri teplote miestnosti

-10,7 g / ml pri teplote topenia, to znamená práve vtedy, keď sa topí alebo topí

Teplo fúzie

26,59 kJ / mol

Odparovacie teplo

493 kJ / mol

Molárna tepelná kapacita

24,98 J / (mol K)

electronegativity

2,28 v Paulingovej stupnici

Ionizačné energie

-Prvé: 719,7 kJ / mol (Rh ⁺ plynné)

-Second: 1740 kJ / mol (Rh ²⁺ plynný)

-Third: 2997 kJ / mol (Rh ³⁺ plynný)

Tepelná vodivosť

150 W / (m K)

Elektrický odpor

43,3 nΩm pri 0 ° C

Mohsova tvrdosť

6

Magnetické usporiadanie

paramagnetický

Chemické reakcie

Rhodium, hoci je to ušľachtilý kov, ešte neznamená, že ide o inertný prvok. Za normálnych podmienok je málo hrdzavá; ale keď sa zahreje nad 600 ° C, jeho povrch začne reagovať s kyslíkom:

Rh (y) + O ₂ (g) → Rh ₂ O ₃ (y)

Výsledkom je, že kov stráca svoj charakteristický strieborný lesk.

Môže tiež reagovať s plynným fluórom:

Rh (y) + F ₂ (g) → RHF ₆ (s)

RhF ₆ má čiernu farbu. Ak je zahrievaná, môže sa transformovať na RhF ₅ a uvoľňovať fluorid do životného prostredia. Keď sa fluorační reakcia uskutočňuje za sucha, je tvorba RHF ₃ (červená pevná látka) sa prednosť cez to RHF ₆ . Ďalšie halidy: RhCl ₃ , RhBr ₃ a RHI ₃ je vytvorená podobným spôsobom.

Asi najprekvapivejšou vecou kovového ródia je jeho extrémna odolnosť proti napadnutiu korozívnymi látkami: silnými kyselinami a silnými zásadami. Aqua regia, koncentrovaná zmes kyseliny chlorovodíkovej a kyseliny dusičnej, HCl-HNO ₃ , sa môže ťažko rozpustiť, čo vedie k ružovo sfarbenému roztoku.

Roztavenej soli, ako je KHSO ₄ , sú účinnejšie v rozpúšťanie to, pretože vedú k vzniku vo vode rozpustných komplexov ródia.

Štruktúra a elektronická konfigurácia

Atómy ródia kryštalizujú v kubickej štruktúre zameranej na tvár, fcc. Atómy Rh zostávajú jednotné vďaka svojej kovovej väzbe, ktorá je v makroúrovni zodpovedná za merateľné fyzikálne vlastnosti kovu. V tomto zväzku zasiahnu valenčné elektróny, ktoré sú dané podľa elektronickej konfigurácie:

4d ⁸ 5s ¹

Ide teda o anomáliu alebo výnimku, pretože by sa dalo očakávať, že budú mať na svojom 5-dráhovom orbitáli dva elektróny a sedem na 4-orbitálnom telese (podľa Moellerovho diagramu).

Existuje celkom deväť valenčných elektrónov, ktoré spolu s atómovými polomermi definujú kryštál fcc; štruktúra, ktorá sa javí ako veľmi stabilná, pretože sa zistilo len málo informácií o ďalších možných alotrópnych formách pri rôznych tlakoch alebo teplotách.

Tieto atómy Rh alebo skôr ich kryštalické zrná môžu interagovať takým spôsobom, aby vytvorili nanočastice s rôznymi morfológiami.

Keď tieto nanočastice Rh rastú na templáte (napríklad polymérny agregát), získajú tvary a rozmery svojho povrchu; preto boli mezoporézne ródiové guľôčky navrhnuté tak, aby nahradili kov v určitých katalytických aplikáciách (ktoré urýchľujú chemické reakcie bez toho, aby boli pri tomto procese spotrebované).

Oxidačné čísla

Pretože existuje deväť valenčných elektrónov, je bežné predpokladať, že ródium môže „všetky stratiť“ vo svojich interakciách v rámci zlúčeniny; to znamená, za predpokladu existencie katiónu Rh ⁹⁺ , s oxidačným číslom alebo stavom 9+ alebo (IX).

Pozitívne a zistené oxidačné čísla pre ródium v ​​jeho zlúčeninách sú v rozsahu od +1 (Rh ⁺ ) do +6 (Rh ⁶⁺ ). Z nich sú najbežnejšie +1 a +3, spolu s +2 a 0 (kovové ródium, Rh ⁰ ).

Napríklad v Rh ₂ O ₃ oxidačné číslo ródia je 3, pretože ak sa predpokladá existenciu Rh ³⁺ a 100% iónový charakter je súčet nábojov sa bude rovnať nule (Rh ₂ ³⁺ Alebo ₃ ^2- ).

Ďalším príkladom je reprezentovaný RHF ₆ , v ktorej sa jeho oxidačné číslo je 6. Opäť platí, že len celkový náboj zlúčeniny zostane neutrálne, v prípade, že existencia Rh ⁶⁺ (Rh ⁶⁺ F ₆ ^- ) sa predpokladá .

Čím je atóm elektrónu s ktorým ródiom interaguje viac, tým väčšia je jeho tendencia vykazovať pozitívnejšie oxidačné čísla; to je prípad RhF ₆ .

V prípade Rh ^° zodpovedá jeho atómom kryštálu fcc koordinovaným s neutrálnymi molekulami; napríklad, CO, Rh ₄ (CO) ₁₂ .

Ako sa získava ródium?

nevýhody

Na rozdiel od iných kovov nie je k dispozícii žiadny minerál, ktorý je v ródiu dostatočne bohatý na to, aby bol z neho ekonomický. Preto je to skôr druhotný produkt priemyselnej výroby ostatných kovov; konkrétne ušľachtilých alebo ich kongenérov (prvky skupiny platiny) a niklu.

Väčšina minerálov používaných ako suroviny pochádzajú z Južnej Afriky, Kanady a Ruska.

Výrobný proces je zložitý, pretože ródium, hoci je inertné, je v spoločnosti iných ušľachtilých kovov, okrem nečistôt, ktoré sa ťažko odstraňujú. Preto sa musí vykonať niekoľko chemických reakcií, aby sa oddelili od pôvodnej mineralogickej matrice.

proces

Vďaka nízkej chemickej reaktivite sa pri extrakcii prvých kovov nemení. dokiaľ nezostanú iba šľachticové (zlato medzi nimi). Potom sa tieto vzácne kovy sú upravené a taví v prítomnosti solí, ako sú napríklad NaHSO ₄ , aby ich v kvapalnej zmesi síranov; v tomto prípade, Rh ₂ (SO ₄ ) ₃ .

K tejto zmesi síranov, z ktorých je každý kov vyzrážaný oddelene rôznymi chemickými reakciami, sa pridá NaOH, takže _{sa vytvorí} hydroxid ródnatý, Rh (OH) _x .

Rh (OH) _x sa znovu rozpustí pridaním HCl za vzniku H ₃ RhCl ₆ , ktorá je stále ešte rozpustí a vykazuje ružovú farbu. Potom H ₃ RhCl ₆ reaguje s NH ₄ Cl a NaNO ₂ , aby sa vyzrážal ako (NH ₄ ) ₃ .

Nová tuhá látka sa znova rozpustí vo väčšom množstve HCl a médium sa zahrieva, až kým sa nespáli nečistoty, kovová ródia.

aplikácia

povlaky

Malé, strieborné, dvojité basy pokryté ródiom. Zdroj: Mauro Cateb (https://www.flickr.com/photos/mauroescritor/8463024136)

Jeho ušľachtilý charakter sa používa na zakrytie kovových predmetov ich povlakom. Týmto spôsobom sú strieborné predmety potiahnuté ródiom, ktoré ich chráni pred oxidáciou a stmavnutím (vytvára čiernu vrstvu AgO a Ag ₂ S), a tiež sa stávajú reflexnejšími (lesklé).

Takéto povlaky sa používajú pri výrobe šperkov, reflektorov, optických nástrojov, elektrických kontaktov a röntgenových filtrov pri diagnostike rakoviny prsníka.

zliatiny

Nie je to len ušľachtilý kov, ale aj tvrdý kov. Táto tvrdosť môže byť prisúdená zliatinám, ktoré tvoria, najmä pokiaľ ide o paládium, platinu a irídium; z toho sú najznámejšie tie z Rh-Pt. Tiež ródium zlepšuje odolnosť týchto zliatin voči vysokým teplotám.

Napríklad zliatiny ródia a platiny sa používajú ako materiál na výrobu pohárov, ktoré môžu tvarovať roztavené sklo; pri výrobe termočlánkov schopných merať vysoké teploty (viac ako 1 000 ºC); tégliky, puzdrá na čistenie sklených vlákien, indukčné pecové cievky, motory leteckých turbín, zapaľovacie sviečky atď.

katalyzátory

Katalyzátor automobilu. Zdroj: Ballista

Rhodium môže katalyzovať reakcie buď ako čistý kov alebo koordinované s organickými ligandami (organorodnými). Typ katalyzátora závisí od špecifickej reakcie, ktorá sa má urýchliť, ako aj od ďalších faktorov.

Napríklad vo svojej kovovej forme môže katalyzovať redukciu oxidov dusíka, NO _x , na okolité plyny, kyslík a dusík:

2 NO _x → x O ₂ + N ₂

K tejto reakcii dochádza každý deň: v katalyzátoroch vozidiel a motocyklov. Vďaka tomuto zníženiu neznečisťujú plyny NO _x mestá v horšej miere. Pre tento účel sa mezoporézní nanočastice na báze ródia bola použitá, čo ďalej zlepšiť rozklad NO _x plynov .

Zlúčenina, známa ako Wilkinsonův katalyzátor, je použitý pre hydrogenáciu (pridať H ₂ ) a hydroformylaci (pridať CO a H ₂ ), alkény tvoriť alkány a aldehydov, v tomto poradí.

Katalyzátory na báze ródia sa krátko používajú na hydrogenáciu, karbonylát (pridanie CO) a hydroformylát. Výsledkom je, že veľa výrobkov je od nich závislých, ako je to v prípade mentolu, podstatnej chemickej zlúčeniny v žuvačke; okrem kyseliny dusičnej, cyklohexánu, kyseliny octovej, organického kremíka.

riziká

Rhodium, ktoré je ušľachtilým kovom, aj keď preniklo do nášho tela, jeho atómy Rh sa nemohli (pokiaľ vie) metabolizovať. Nepredstavujú preto žiadne zdravotné riziko; Pokiaľ nie je vo vzduchu rozptýlených príliš veľa atómov Rh, ktoré by sa nakoniec mohli hromadiť v pľúcach a kostiach.

V skutočnosti sú v procese rhodia na šperky alebo strieborné šperky klenotníci vystavení týmto „obláčikom“ atómov; dôvod, pre ktorý trpeli nepohodlie v ich dýchacích cestách. Pokiaľ ide o riziko jemne rozptýlenej pevnej látky, nie je ani horľavá; s výnimkou horenia v prítomnosti OF ₂ .

Zlúčeniny ródia sú klasifikované ako toxické a karcinogénne, ktorých farby hlboko zafarbia pokožku. Toto je ďalší jasný rozdiel v tom, ako sa menia vlastnosti kovového katiónu v porovnaní s kovom z neho.

A nakoniec, v ekologických záležitostiach z dôvodu vzácneho množstva ródia a jeho nedostatočnej asimilácie rastlinami ide o neškodný prvok v prípade rozliatia alebo odpadu; pokiaľ je to kovové ródium.

Referencie

1. Lars Öhrström. (12. november 2008). Ródium. Chémia vo svojom živle. Získané z: chemistryworld.com
2. Wikipedia. (2019). Ródium. Obnovené z: en.wikipedia.org
3. Národné centrum pre biotechnologické informácie. (2019). Ródium. PubChem Database. CID = 23948. Získané z: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
4. S. Bale. (1958). Štruktúra ródia. Johnson Matthey Research Laboratories. Platinum Metals Rev., (2), 21, 61-63
5. Jiang, B. a kol. (2017). Mesoporézne kovové ródium nanočastice. Nat. Commun. 8, 15581 doi: 10,1038 / ncomms15581
6. Chelatace. (27. júna 2018). Expozícia Rhodium. Získané z: chelationcommunity.com
7. Bell Terence. (25. júna 2019). Rhodium, vzácny kov zo skupiny platiny a jeho aplikácie. Obnovené z: thebalance.com
8. Stanley E. Livingstone. (1973). Chémia ruténium, ródium, paládium, osmium, irídium a platina. SE Livingstone. Pergamon Press.
9. Tokijský technologický inštitút. (21. júna 2017). Katalyzátor na báze ródia na výrobu organického kremíka s použitím menej drahých kovov. Obnovené z: phys.org
10. Pilgaard Michael. (10. mája 2017). Rhodium: chemické reakcie. Získané z: pilgaardelements.com
11. Doug Stewart. (2019). Fakty o prvku ródium. Získané z: chemicool.com